CN208218484U

CN208218484U - 海水脱硫恢复系统评价模拟实验装置

Info

Publication number: CN208218484U
Application number: CN201820202442.8U
Authority: CN
Inventors: 徐海波; 王小立; 芦永红; 薛军; 田高峰; 张静伟
Original assignee: BEIJING LONGYUAN ENVIRONMENT PROTECTION ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: BEIJING LONGYUAN ENVIRONMENT PROTECTION ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-02-05
Publication date: 2018-12-11
Anticipated expiration: 2028-02-05

Abstract

本实用新型公开了一种海水脱硫恢复系统评价模拟实验装置，包括储存一次掺混海水的储液池，所述储液池的上端盖设有酸性海水和天然海水的加注口，所述储液池底部和上端盖分别设有一次掺混海水的出水口和入水口，所述储液池出水口通过管路连接于循环水泵的入水口，所述循环水泵的出水口通过管路与氧化池的入水口相连接，所述氧化池的底部设有曝气头，所述曝气头通过管路外接曝气泵，所述氧化池上端盖上设有曝气排气口，所述氧化池侧部设有出水口通过管路连接储液池入水口，所述储液池和氧化池之间通过循环水泵实现液体流动；还包括用于二次掺混海水的混合池；所述储液池、氧化池和混合池均半浸于恒温水浴槽中。

Description

海水脱硫恢复系统评价模拟实验装置

技术领域

本实用新型涉及工业水处理技术领域，特别是涉及一种用于海水脱硫恢复系统评价的模拟实验装置。

背景技术

海水脱硫恢复系统是海水脱硫技术的重要组成部分。吸收塔排水呈酸性(pH约为3)，且由于S(IV)的大量存在，化学需氧量(COD)较高，须经海水恢复系统处理后才能排放。吸收塔出来的洗脱液先与新鲜海水混合，pH值由3左右上升至5左右，然后进入曝气池。将空气强制对流通入曝气池，使海水中的溶解氧逐渐达到饱和，溶解氧将S(IV)氧化为SO₄ ^2-，同时海水中的CO₃ ^2-与吸收塔排出液中的H⁺加速反应释放出CO₂，并在曝气作用下将海水中溶解的部分CO₂驱除，从而达到降低COD值和提高pH值的目的，使海水的各项指标基本得到恢复。海水水质标准(中国国家标准GB 3097-1997)二类中要求pH6.8～8.8，溶解氧(DO)大于5mg/L，COD值不大于3(对应S(IV)氧化率不小于95％)。

中国专利申请CN201380016309.3提出一种海水脱硫氧化处理装置，是利用稀释海水及空气对酸性脱硫海水进行水质恢复处理。

中国专利申请CN201410119117.1在传统的海水脱硫恢复系统基础上，提出一种用于海水脱硫恢复系统的电化学-化学复合氧化处理方法，具有新鲜海水用量少，曝气负荷低，亚硫酸根氧化效率高，排水pH值高和COD值低等优点，可满足海水脱硫恢复系统节能减排的要求。

中国专利申请CN201510393928.5提出一种高效的脱硫海水水质恢复方法，脱硫海水通过臭氧曝气处理，与传统工艺相比，可以在低pH时快速将S(IV)氧化成SO₄ ^2-，可以有效减少调节池内海水掺混量，有利于降低曝气池内水力停留时间和节约曝气池占地。

然而，评价上述专利的实际使用效果往往需要在电厂先建立好成套装置并运行后，才能实际检测到是否满足设计要求，这存在以下不足：一是电厂负荷变化复杂，无法系统评价装置的处理能力；二是受不同地域海水水质和季节变化，对于系统的评价需要跨越时空；三是现场评价周期长，作业环境差，评价不方便、成本高；四是发电厂无法预先判断系统设计的能力和可靠性；五是没有先期的评价手段，一旦系统建好运行后发现存在设计缺陷，再进行改造难度大，经济代价高昂。因此，迫切需要建立一种能在实验室内进行模拟实际工况下的多参数变化，用于指导系统设计，评价海水脱硫恢复系统处理能力的模拟实验方法和装置。

综上所述，开发一种用于海水脱硫恢复系统评价的模拟实验方法和装置是工业水处理技术领域中急需解决的一个关键问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、成本低、操作简便的用于海水脱硫恢复系统评价的模拟实验装置。

本实用新型提供了一种用于海水脱硫恢复系统评价的模拟实验装置，其包括储存一次掺混海水的储液池，在储液池的上端盖还设有酸性海水和天然海水的加注口，在储液池底部和上端盖分别设有一次掺混海水的出水口和入水口，储液池出水口通过管路连接于循环水泵的入水口，循环水泵的出水口通过管路与氧化池的入水口相连接，在氧化池的底部设有曝气头，曝气头通过管路外接曝气泵，在氧化池内针对曝气氧化复合电化学氧化的需要还可以设置有具有电催化活性的阳极和阴极，阳极和阴极固定于氧化池的上端盖并通过导线外接于稳压和/或稳流直流电源，在氧化池上端盖上还设有曝气排气口，在氧化池侧部还设有出水口通过管路连接储液池入水口，在储液池和氧化池之间通过循环水泵实现液体流动；在储液池侧部还可以根据需要设置有S(IV)浓度、pH、溶解氧(DO)的在线监测探头并外接相应的监测仪器；此外，还设有一个独立的混合池，通过人工向其中倒入氧化处理后的一次掺混海水与天然海水在混合池中进行二次掺混，最后得到二次掺混海水，即排放海水；储液池、氧化池和混合池半浸于一恒温水浴槽中。

同现有技术相比，本实用新型的突出效果在于：本实用新型的模拟实验装置可以真实模拟实际应用中的海水脱硫恢复系统，可以很方便的改变海水脱硫恢复系统的运行参数，调整处理过程，进而检测和评价海水脱硫恢复系统的处理能力、能耗和使用效果，用于指导和评价系统设计的合理性。

下面结合附图说明和具体实施例对本实用新型所述的海水脱硫恢复系统评价模拟实验装置作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型用于海水脱硫恢复系统评价的模拟实验装置示意图；

图2为针对一次掺混海水改变海水流量Q_L或气体流量Q_G经氧化处理1\2\3min后S(IV)氧化效率(a)、pH(b)和DO(c)与相应计算得到的气液比关系曲线；

图3为针对一次掺混海水改变一次掺混海水体积(V₁+V₂)和曝气头出水口间的高度H经氧化处理1\2\3min后S(IV)氧化效率与相应计算得到的气液比关系，以及与图2(a)的拟合曲线的对应关系；

图4为针对一次掺混海水在曝气化学氧化或曝气化学氧化复合电化学氧化下不同处理温度与S(IV)氧化效率的关系曲线。

模拟实验装置的附图标记说明：

1-一次掺混海水，2-储液池，3-储液池上端盖，4-酸性海水，5-天然海水，6-储液池加注口，7-储液池出水口，8-储液池入水口，9-液体管路，10-循环水泵，11-循环水泵入水口，12-循环水泵出水口，13-氧化池，14-氧化池入水口，15-曝气头，16-曝气管路，17-曝气泵，18-阳极，19-阴极，20-氧化池上端盖，21-导线，22-稳压和/或稳流直流电源，23-排气口，24-氧化池出水口，25-在线监测探头，26-监测仪器，27-混合池，28-氧化处理后的一次掺混海水，29-二次掺混海水，30-恒温水浴槽。

具体实施方式

实施例1

一种用于海水脱硫恢复系统评价的模拟实验装置，其结构如图1所示。该装置包括储存一次掺混海水1的储液池2，在储液池的上端盖3还设有酸性海水4和天然海水5的加注口6，在储液池底部和上端盖分别设有一次掺混海水的出水口7和入水口8，储液池出水口通过管路9连接于循环水泵10的入水口11，循环水泵的出水口12通过管路与氧化池13的入水口14相连接，在氧化池的底部设有曝气头15，曝气头通过管路16外接曝气泵17，在氧化池内针对曝气氧化复合电化学氧化的需要还可以设置有具有电催化活性的阳极18和阴极19，阳极和阴极固定于氧化池的上端盖20并通过导线21外接于稳压和/或稳流直流电源22，在氧化池上端盖上还设有曝气排气口23，在氧化池侧部还设有出水口24通过管路连接储液池入水口，在储液池和氧化池之间通过循环水泵实现液体流动；在储液池侧部还可以根据需要设置有S(IV)浓度、pH、溶解氧(DO)的在线监测探头25并外接相应的监测仪器26；此外，还设有一个独立的混合池27，通过人工向其中倒入氧化处理后的一次掺混海水28与天然海水在混合池中进行二次掺混，最后得到二次掺混海水29，即排放海水；储液池、氧化池和混合池半浸于一恒温水浴槽30中。

采用该装置用于海水脱硫恢复系统评价的模拟实验方法，包括以下步骤：

(1)首先在一份天然海水中加入亚硫酸钠，溶解后得到酸性海水，并测定S(IV)浓度和pH值；将上述酸性海水(体积为V₁)由储液池上端盖上的加注口注入到储液池中，而后通过加注口再加入天然海水(体积为V₂)进行一次掺混(混合后体积为V₁+V₂)；

(2)上述加注完成后，迅速启动循环水泵，将一次掺混海水通过循环水泵打入氧化池(液体流量为Q_L)，当液面到达氧化池出水口时迅速启动曝气泵或同时启动直流电源，在氧化池中对一次掺混海水进行曝气化学氧化或曝气复合电化学氧化处理(气体流量为Q_G)，其中氧化池曝气头和出水口间的高度为H，气体由氧化池上端盖的排气口自然排出；

(3)从氧化池出水口流出的液体重新流入储液池中再自然混合，从而实现一次掺混海水的循环氧化处理，最后氧化处理时间t达到要求，终止上述过程，完成用循环水氧化处理方式来模拟实际应用直排水方式氧化处理一次掺混海水，而后测量一次掺混海水氧化处理后的S(IV)浓度、pH、溶解氧(DO)；

(4)最后，从储液池中取出一部分氧化处理后的一次掺混海水(体积为V₃)与天然海水(体积为V₄)在一个混合池中进行二次掺混，得到二次掺混海水，即排放海水，并测量排放海水的S(IV)浓度、pH、溶解氧(DO)。

为了实现上述模拟方法是真实的和有效的，应满足计算得到的气液比θ＝[Q_G×t×(H/h)×(Q_L×t)/(V₁+V₂)]/(V₁+V₂)与实际应用直排水方式氧化处理的气液比一致，其中计算式中h为实际应用中曝气头到曝气池液面的真实高度；为了实现模拟实际应用的海水温度，上述所有的天然海水都通过水浴加热或冷却到设定的温度再使用，上述处理过程也是在同样的设定环境温度中运行的。

实施例2

海水脱硫恢复系统评价的模拟实验

首先使用26℃天然海水和Na₂SO₃配制酸性海水1.27L，其中S(IV)浓度为0.2g/L，pH为3，加注到储液池中，然后再加注上述天然海水2.53L，即得到一次掺混海水3.80L(酸性海水/天然海水约为1:2)，迅速启动循环水泵，一次掺混海水进入氧化池，控制Q_L为7.63L/min，当液面到达氧化池出水口时迅速启动曝气泵，进行曝气处理，其中Q_G＝3L/min，氧化池曝气头和出水口间的高度为0.33m，同时开始计时，分别测量记录循环处理1min，2min，3min时一次掺混海水的S(IV)浓度、pH和DO，达到3min后停止上述处理过程。重新配制上述酸性海水，再按照上述过程，控制Q_L为15.26L/min，分别测量记录循环处理1min，2min，3min时一次掺混海水的S(IV)浓度、pH和DO，达到3min后停止上述处理过程。再重新配制上述酸性海水，再按照上述过程，控制Q_L为22.89L/min，分别测量记录循环处理1min，2min，3min时一次掺混海水的S(IV)浓度、pH和DO，达到3min后停止上述处理过程。

重复上述处理过程不变，控制Q_L为15.26L/min，只是改变曝气流量Q_G分别为1.5L/min、3L/min和4.5L/min，再分别测量记录循环处理1min，2min，3min时一次掺混海水的S(IV)浓度、pH和DO，达到3min后停止上述处理过程。

重复上述处理过程不变，只是改变一次掺混海水量2.80L(酸性海水/天然海水约为1:2)，同时改变氧化池曝气头和出水口间的高度为0.24m，控制Q_L为15.26L/min，控制曝气流量Q_G为3L/min，再分别测量记录循环处理1min，2min，3min时一次掺混海水的S(IV)浓度、pH和DO，达到3min后停止上述处理过程。

上述所有曝气氧化处理过程都是在26℃恒温水浴槽中进行的。将上述运行参数代入公式θ＝[Q_G×t×(H/h)×(Q_L×t)/(V₁+V₂)]/(V₁+V₂)，其中h为国内某机组曝气池中曝气头到液面的高度1.825m，得到的气液比结果见表1。

表1针对一次掺混海水在各种运行条件参数下计算得到的相应气液比参数

上述的S(IV)浓度采用碘量法(GB 1576-1996)测量得到，pH和DO分别通过在线酸度计和溶解氧仪监测得到。

图2是针对一次掺混海水改变海水流量Q_L或气体流量Q_G经氧化处理1\2\3min后S(IV)氧化效率(a)、pH(b)和DO(c)与相应计算得到的气液比关系曲线。从图2(a)可以看到，无论是改变Q_L或Q_G，还是氧化时间，只要气液比相同，曝气氧化对于一次掺混海水中的S(IV)氧化效率就是相近的，并且在气液比θ≤2.6时，S(IV)氧化效率随θ增长较快，当θ>2.6时，S(IV)氧化效率增长趋势减缓，综合考虑S(IV)氧化效率和曝气能耗，因此，气液比控制在2.6左右性价比较高，这与国内某机组曝气池在相似的运行工况下实际操作的气液比是近似的，对应气液比θ＝2.6时，图2(a)中S(IV)氧化效率约为88％，这也与现场实际运行情况基本吻合。除了S(IV)氧化效率，图2(b)中所示的曝气氧化处理后的pH也具有相似的变化规律，这也与现场实际运行情况基本吻合。此外，图2(c)中所示的曝气氧化处理后的DO同样也具有相似的变化规律，这也与现场实际运行情况基本吻合。

为了进一步验证该模拟测试方法的真实性和有效性，通过同时改变模拟测试装置的一次掺混海水量到2.80L(酸性海水/天然海水仍为1:2)，以及氧化池曝气头和出水口间的高度到0.24m，经氧化处理1\2\3min后测试得到S(IV)氧化效率与气液比的对应关系，以及对图2(a)所有的数据合并在一起进行拟合，得到气液比和S(IV)氧化效率关系的拟合曲线，将二者共同显示于图3。从图3中可见，改变模拟测试装置的一次掺混海水量和曝气高度所对应的数据点与拟合曲线相应的数据点位置十分接近，再一次表明通过该模拟测试方法和装置可以有效、真实的模拟现场实际运行情况，并为海水脱硫恢复系统的处理能力和使用效果提供了一种结构简单、成本低、操作简便的实验室内评价方法和装置。

实施例3

海水脱硫恢复系统评价的模拟实验

分别使用5℃、10℃、16℃或22℃天然海水和Na₂SO₃配制酸性海水1.27L，其中S(IV)浓度为0.2g/L，pH为3，加注到储液池中，然后再加注上述天然海水2.53L，即得到一次掺混海水3.80L(酸性海水/天然海水约为1:2)，迅速启动循环水泵，一次掺混海水进入氧化池，控制Q_L为7.63L/min，当液面到达氧化池出水口时迅速启动曝气泵，进行曝气处理或曝气复合电化学氧化处理(阳极采用电化学改性聚丙烯腈基碳纤维刷，阴极采用未改性聚丙烯腈基碳纤维刷，通过直流电源采用恒流方式施加电流为150mA)，其中Q_G＝3L/min，氧化池曝气头和出水口间的高度为0.33m，同时开始计时，分别测量记录循环处理3min时一次掺混海水的S(IV)浓度，达到3min后停止上述处理过程。上述所有氧化处理过程都是在对应天然海水温度(5℃、10℃、16℃或22℃)恒温水浴槽中进行的。将上述运行参数代入公式θ＝[Q_G×t×(H/h)×(Q_L×t)/(V₁+V₂)]/(V₁+V₂)，其中h为国内某机组曝气池中曝气头到液面的高度1.825m，得到气液比2.58。这样针对一次掺混海水在曝气化学氧化或曝气化学氧化复合电化学氧化下不同处理温度与S(IV)氧化效率的关系曲线，如图4。从图中可见，随着温度的提高S(IV)氧化效率增大，复合氧化方式相比单独的曝气氧化处理S(IV)氧化效率大幅度提高，在温度为5℃时，复合氧化方式的S(IV)氧化效率为84％，而化学氧化方式氧化效率只有68％，其提升幅度达到16％。在较高温度22℃时，复合氧化方式对S(IV)的氧化效率达到92％，此时化学氧化方式的氧化效率为84％，此时氧化效率提升也达到了8％；此外，通过计算单位质量S(IV)被氧化所消耗的能量，比较了复合氧化方式和单独曝气氧化方式的能耗，前者能耗为1.2KWh/kg_S(IV)，后者能耗为4.2KWh/kg_S(IV)，表明复合氧化处理是一种高效的、低能耗的海水脱硫恢复处理方法。上述结果与现场曝气氧化实际运行情况相吻合。

实施例4

将实施例3中对应22℃下分别进行曝气处理和曝气复合电化学氧化处理后的一次掺混海水各取出1L倒入混合池中，并按照一次掺混海水/天然海水分别为1:0.5或1:1再加入相应的22℃天然海水，得到二次掺混海水(即排放海水)，并测量排放海水的S(IV)浓度、pH、溶解氧(DO)，最终的曝气氧化和曝气复合电化学氧化处理效果见表2。从表2中可见，经过二次掺混各项排放水质参数相比未进行的都有很大的提高，这也与现场曝气氧化实际运行情况相吻合，更为重要的是显示出曝气复合电化学氧化处理具有更好的水质排放效果。

表2曝气氧化和曝气复合电化学氧化处理效果数据

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种海水脱硫恢复系统评价模拟实验装置，其特征在于：包括储存一次掺混海水的储液池，所述储液池的上端盖设有酸性海水和天然海水的加注口，所述储液池底部和上端盖分别设有一次掺混海水的出水口和入水口，所述储液池出水口通过管路连接于循环水泵的入水口，所述循环水泵的出水口通过管路与氧化池的入水口相连接，所述氧化池的底部设有曝气头，所述曝气头通过管路外接曝气泵，所述氧化池上端盖上设有曝气排气口，所述氧化池侧部设有出水口通过管路连接储液池入水口，所述储液池和氧化池之间通过循环水泵实现液体流动；还包括用于二次掺混海水的混合池；所述储液池、氧化池和混合池均半浸于恒温水浴槽中。

2.根据权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于：氧化池内设有阳极和阴极，所述阳极和阴极固定于氧化池的上端盖并通过导线外接于稳压和/或稳流直流电源；所述储液池侧部设有S(IV)浓度、pH、溶解氧(DO)的在线监测探头并外接相应的监测仪器。